機械設計與制造專業(yè)平臺下的逆向設計及制作

1、    機械設計與制造專業(yè)平臺下的逆向設計及制作    何劍尹珊波郝文琦李健摘 要：近年來，隨著科學技術的日益發(fā)展和消費者需求的日益提高，傳統(tǒng)機械設計與制造中使用的正向設計正在一步步為逆向設計讓步。作為一門朝陽產業(yè)，逆向設計充滿了勃勃生機，不斷被人們應用于質量檢查、來樣加工和產品設計實踐中。但是，逆向設計相關專業(yè)實用型人才的缺失卻給逆向設計的進一步應用和實踐造成了很大的困難。因此，為了讓逆向設計更好地在生產過程和設計過程中發(fā)揮作用，就需要借助機械設計與制造專業(yè)的平臺，培養(yǎng)在校生的逆向設計思維和實踐能力，使他們進入社會后可以幫助更多的企業(yè)運用逆向設計重獲新

2、生。該文將具體闡述機械設計與制造專業(yè)平臺下的逆向設計及制作內涵和方式。關鍵詞：機械設計與制造專業(yè) 逆向設計及制作 措施：c913 ：a ：1672-3791（2015）07（a）-0072-02第三次工業(yè)革命將世界帶入了信息化時代，隨之而來的是地球村的衍生，世界各地的距離在不斷拉近，貿易往來在不斷擴大，經濟一體化的特點越來越突出，產品的市場競爭越來越激烈，要想占領更多的市場領地，就必須更快地生產出比別人更優(yōu)質的產品。如何才能迅速生產高品質產品成了每個企業(yè)不得不考慮的問題。逆向設計就可以很好地解決這一問題。然而逆向設計的思維和能力并不是人們生來就有的，而是需要后天進行學習才能獲得的，鑒于其與機械

3、類相關專業(yè)聯(lián)系較為密切，所以應該借助機械設計與制造專業(yè)的平臺培養(yǎng)未來社會接班人的逆向設計思維和能力，這樣既可以他們進步工作崗位打下基礎，又可以使機械類專業(yè)教育進入一個新的階段。1 逆向設計及制作概論在傳統(tǒng)的工程技術領域，設計是從無到有的過程，產品設計是一個先有設計再有靈感的過程。這種做法的一般流程是，設計人員先迸發(fā)出設計的靈感，形成一定的設計思路，再思考整合產品的功能、外形、技術參數(shù)等具體形態(tài)，然后將這些想法通過產品模型展示出來，根據(jù)模型先進行一次整改完善，之后再投入到生產過程中進行設計成品生產。這樣的產品設計過程就是“正向設計”，事實上，除了這種設計過程之外，還有另外一種順序相反的設計過程，

4、即“逆向設計”1。簡言之，逆向設計可以理解為從產品到設計的過程，設計是對產品的再現(xiàn)，是根據(jù)已有產品，反向推算出產品的設計過程。具體來說，逆向設計及制作的過程是先從目標產品開始的，設計人員先對目標產品進行分析、研究，找到這個產品的處理流程、組織結構、功能特點、技術方法等具體的設計要素，然后將這些設計要素再進行拼接組合，設計出與目標產品相似的產品，使其再功能、外形等方面與目標產品一樣，甚至超越目標產品。工程、機械、產品領域的逆向設計靈感來源于軍事領域的硬件分析。這種分析的可以幫助己方在無法獲取敵方信息的情況下，直接通過成品或現(xiàn)有情形分析其理論原理和初始思維，以幫助己方產生對策。作為一門新興產業(yè)和朝

5、陽產業(yè)，逆向設計及制作的發(fā)展時間并不長，但是憑借自身的實用性和高效性，這項技術在汽車、航空航天、模具制作等行業(yè)已經得到了廣泛應用，這種思維方式在質量檢查、來料加工等工序也已經做出了很大貢獻。尤其是最近幾年，逆向設計及制作已經不僅僅局限于在上述工業(yè)行業(yè)的應用，更是日漸滲入了非工業(yè)行業(yè)的發(fā)展過程之中，在雕刻、文物保護、服裝、玩具等領域，我們都能發(fā)現(xiàn)逆向設計的身影，對于這些行業(yè)中新產品的開發(fā)、舊產品的改造、產品質量的檢測等工序，逆向設計越來越凸顯出了自己的優(yōu)勢。然而，環(huán)視整個逆向設計與制作領域，不難發(fā)現(xiàn)這個行業(yè)正面臨著巨大的人才缺口。目前國內只有少數(shù)幾所高校開設了逆向設計及制作專業(yè)，而且即使開設了這

6、門課程，也只是作為研究生的一個研究方向，并沒有真正培養(yǎng)出該行業(yè)的實踐型人才。事實上，逆向設計與制作技術是與機械設計與制造專業(yè)專業(yè)緊密相連的，各高職院校即便不專門開設逆向設計工程方向的專業(yè)，也可以借助機械設計與制造專業(yè)的平臺，培養(yǎng)一批具有逆向設計思維與能力的在校大學生。這樣既可以為新時代培養(yǎng)走在科技前沿、融合傳統(tǒng)技術與新興技術的綜合型人才，又可以幫助高職院校的機械設計與制造專業(yè)從枯燥無味的困境中走入一片充滿吸引力和創(chuàng)造力的新領域。2 逆向設計與正向設計對比2.1 逆向設計與正向設計的工作過程對比通常情況下，逆向設計包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理、逆向構建模型、梳理數(shù)模比例、優(yōu)化數(shù)據(jù)模型、樣本的生產、

7、精密準確的檢測、成品的優(yōu)化、批量進行生產等流程2。正向設計則是由市場調研、客戶需求分析、功能的設計、結構的設計、制作模型、檢測并優(yōu)化模型、材料的選擇、嘗試制作、精密準確的檢測、成品的優(yōu)化、批量進行生產等流程構成的。2.2 逆向設計與正向設計的知識構成對比要想真正將逆向設計與各類傳統(tǒng)機械制造行業(yè)融合到一起，就必須首先了解逆向設計的理論知識，明白它的來源和依據(jù)。這樣才能在對人才進行逆向設計培養(yǎng)的時候不會迷失方式、失去根源，才能真正做到在原有人才培養(yǎng)模式智商，取精華剔糟粕，與時俱進地向新型逆向設計人才傳授必要的設備操作、軟件處理和如何綜合應用等專業(yè)知識。其實，從大范圍而言，逆向設計和正向設計都包括最

8、基礎的四大部分，即前期準備、創(chuàng)新設計、產品生產和優(yōu)化完善。眾所周知，一種產品的問世，其花費最多的地方就是設計過程。這個所謂的設計工程在正向設計中就是指功能的設計、結構的設計、制作模型、檢測并優(yōu)化模型、材料的選擇等流程。這些流程綜合在一起就需要花費很大一筆資金。反觀逆向設計，就少了很多成本。在逆向設計中，只需要一次性地購置相關設備和軟件，就可以順暢地進行數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理、逆向構建模型、梳理數(shù)模比例、優(yōu)化數(shù)據(jù)模型等。而且，這個過程對專業(yè)技術人員的綜合素質要求要比正向設計的要求低很多，只需要熟練使用各設備和軟件的專業(yè)技術人員就可以完成大部分設計流程，相對的人員投入成本也會相應的低很多。當然，這

9、并意味著逆向工程設計及制造人員就失去自己的靈魂和創(chuàng)音，反而他們會站在巨人的肩膀上，在熟悉目標產品的基礎之上，仿制、打造出具有更優(yōu)越職能、更具吸引力外觀的新型產品，進而形成自己的個性和風格，走出自己獨有的設計之路。 因此，可以總結出逆向設計及制作人才必須具備公共基礎、專業(yè)基礎、創(chuàng)新設計、實踐制造等四大部分的知識和能力，這就需要機械設計與制造專業(yè)教學要根據(jù)這些方面的知識對學生進行普及提升教育。其中，當前最為緊急和重要的是創(chuàng)新設計和實踐制造兩大部分知識，機械設計與制造專業(yè)教學不緊要分別傳授相關知識，更要將這兩部分進行整合聯(lián)系，讓學生在實踐中獲得相關的必須能力。2.3 逆向設計比正向設計的優(yōu)越之處作為

10、一門新興產業(yè)，逆向設計的迅速發(fā)展必然是有跡可循的，逆向設計的廣泛應用得益于其巨大的優(yōu)勢。首先，逆向設計是由成型產品到設計靈感的過程，這樣的反向流程可以很大程度上縮短產品的設計和開發(fā)周期，間接推動相關產品的更新?lián)Q代。其次，鑒于逆向設計是在已經成型的產品基礎上進行的，不論其后期改造有多大，但最基本的產品理論是不會改變的，這樣就可以在一定程度上降低設計失敗的概率，省去一次又一次的試制試驗，繼而節(jié)省新產品開發(fā)的成本。此外，逆向設計更是可以憑借其在模具制造方面的迅速和準確，對單件的、小批量的零件制造做出極大貢獻。3 機械設計與制造專業(yè)教學平臺下的逆向設計及制作具體措施3.1 配置逆向設計所需設備及材料，

11、打好教學基礎國內各高職院?？梢酝ㄟ^多種方式籌集資金，然后建造“精密檢測及創(chuàng)新設計實訓室”，其中包含但不只包括三維測量系統(tǒng)、復合式三坐標測量機、教學型 3d 打印機等設備，并及時為這些設備配齊教學或實踐所需材料。3.2 完善教學軟件體系，為學生能力提升提供支持高職院校應通過構建“虛擬教學實訓室”，最大限度地實現(xiàn)仿真三坐標測量教學系統(tǒng)、三維測量軟件、pro/e 等軟件教學，為教師的教學和學生的實踐做好相關軟件準備。3.3 豐富機械設計與制造專業(yè)教學課程內容要想真正將逆向設計及制作融入到機械設計與制造專業(yè)教學中，就必須將其作為機械設計與制造專業(yè)的特色來建設，必須在原有教學體系和教學模塊的基礎之上，結

12、合逆向設計及制作專業(yè)人才所需特點，形成既符合機械設計與制造專業(yè)教學方向，又符合逆向設計及制作專業(yè)人才發(fā)展方向的理論教學和實踐訓練。這就需要依托先進設備及專業(yè)軟件，對機械設計與制造專業(yè)的教學課程設置做出一定的改變和完善。具體而言，就是要設置先進制造技術、pro/e、數(shù)字化制造及逆向工程、精密檢測及創(chuàng)新設計實訓等四門主要課程3。其中，“先進制造技術”可以幫助機械設計與制造專業(yè)學生對較為先進的制造技術及設計工藝進行簡單了解，包括先進材料的成型工藝、先進的加工設備、先進的制造工藝、逆向設計及制造等；“pro/e”則可以由教師帶領學生進行數(shù)字化制造及數(shù)控加工基礎知識的學習，敦促學生掌握正向設計的相關知識

13、，為后期逆向設計軟件的學習打下堅實的基礎；“數(shù)字化制造及逆向工程”則具體詳實的向學生講述逆向設計及制造的系統(tǒng)理論，教授逆向設計軟件知識，是使學生真正進入逆向設計領域的課程；“精密檢測及創(chuàng)新設計實訓”則主要完成逆向設計相關的實踐教學。3.4 強化教師隊伍，擴大教學平臺各大高校應該及時獲取逆向設計的相關信息，并積極參加國家組織的逆向設計相關的培訓或研發(fā)項目，搭建機械設計與制造專業(yè)的特色平臺，籍此強化內部教師隊伍，讓機械設計與制造專業(yè)教師可以產生新的教學思路和突破，促進教學質量的提高。4 結語綜上所述，逆向設計與制作對于任何一家企業(yè)的騰飛都起著不可估量的積極作用，而進借助機械設計與制造專業(yè)平臺進行逆向設計思維和能力的培養(yǎng)是大勢所趨，為了培養(yǎng)更多逆向設計方面的人才，各大院校應該從硬件和軟件兩大方面對機械類專業(yè)在校生進行培養(yǎng)，著力提高在校大學生逆向設計的能力，培養(yǎng)綜合素質較高的技能型人才，使大學生進入工作崗位后可以為傳統(tǒng)企業(yè)謀求新的突破和